DE1614148B2 - Verfahren zum herstellen einer elektrode fuer halbleiter bauelemente - Google Patents

Verfahren zum herstellen einer elektrode fuer halbleiter bauelemente

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines ohmschen Kontaktes bei einem Halbleiterbauelement mit einer Elektrode, deren Material mit dem der Zuleitung keine schädliche Verbindung auf dem Halbleiterkörper bildet.
Bekannte Verfahren zum Herstellen von Elektroden für Halbleiterbauelemente, beispielsweise für Siliciumplanartransistoren, arbeiten so, daß unter Vakuum eine dünne Schicht aus Aluminium oder Gold auf die zu kontaktierende Oberfläche des Transistors niedergeschlagen wird, worauf mit dieser dünnen Schicht ein Gold- oder Aluminiumdraht verbunden wird. Die Kombination von Gold und Aluminium führt jedoch im Verlauf der Zeit zu einer chemischen Verbindung zwischen der dünnen Metallschicht und dem Metalldraht. Es kommt zur Bildung einer Metallverbindung, die eine Minderung der mechanischen und/oder elektrischen Eigenschaften an der entsprechenden Stelle zur Folge hat. Diese sogenannte »Purpurpest« (purple plaque) kann sogar zur völligen Unterbrechung des Kontaktes der Elektrode führen.
Zur Behebung dieses Nachteils wird ein Molybdänoder Wolframfilm auf der zu kontaktierenden Oberfläche des Halbleiterbauelementes niedergeschlagen. Das ist jedoch mit Schwierigkeiten verbunden.
Bei einem bekannten Verfahren (»Transactions of the Metallurgical Society of AME«, Vol. 233, März 1965, S. 478 und 479) wird auf ein Halbleitersubstrat ein Wolframfild durch thermisches Zersetzen von Wolframhexafluorid niedergeschlagen. Es entsteht dabei nicht ein ohmscher Kontakt, sondern eine Diode mit Gleichrichtereigenschaften (Schottky-Sperrdiode). Da es sich bei der durch thermisches Zersetzen des Wolframhalogenids erzielten Bildung einer Wolframschicht um eine Austauschreaktion handelt, die zum Stillstand kommt, sobald die gesamte Halbleitersubstrat-Oberfläche mit Wolfram bedeckt ist, können auf diese Weise nur sehr dünne Schichten von einigen Atomlagen erzeugt werden. Derartige Schichten haben für in Großserienfertigung hergestellte HaIbleterbauelemente wenig praktischen Wert.
Auch die Herstellung ohmscher Kontakte ist grundsätzlich schon bekannt (»Handbook of Semiconductor Electronics« von L. P. H u η t e r, 1. Auflage 1956, Kapitel 8, S. 13 und 14). So ist ein Verfahren zum Herstellen eines ohmschen Kontaktes bekannt (französische Patentschrift 1 378 631), bei dem Nickel aus Nickelcarbonylverbindungen niedergeschlagen wird. Nickel unterscheidet sich jedoch von Wolfram und Molybdän hinsichtlich seiner physikalischen und chemischen Eigenschaften. So liegt die Legierungstemperatur des Nickels mit dem Halbleitermaterial beträchtlich unter der entsprechenden Temperatur für Wolfram und Molybdän. Das für Nickel bekannte Verfahren ist deshalb auf diese Materialien nicht zu übertragen. Nickelkontakte weisen weiter wegen der niedrigen Legierungstemperatur eine geringe thermische Standfestigkeit auf.
Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren anzugeben, mit dessen Hilfe die zum Erzielen mechanisch und elektrisch standfester ohmscher Kontakte erforderlichen Molybdän- oder Wolframschichten auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Metallfilm aus Molybdän oder Wolfram auf ein auf 5000C oder darunter erhitzten Halbleitersubstrat, das eine Konzentration an Oberflächenverunreinigung von nicht weniger als 1018 Fremdatome · cm"3 aufweist, durch Wasserstoffreduktion eines Halogenids des jeweiligen Metalls oder durch thermische Zersetzung von Molybdän- oder Wolframcarbonyl niedergeschlagen wird.
Auf diese Weise wird eine dünne Molybdän- oder Wolframschicht mechanisch fest mit dem Halbleitersubstrat verbunden. Es wird weiter der gewünschte ohmsche Kontakt erzielt. Die gefürchtete »Purpurpest« tritt nicht mehr auf. Der erzielte Kontakt ist vielmehr
ίο mechanisch und auch hinsichtlich seiner elektrischen Eigenschaften stabil und durch Alterung nicht gefährdet. Weiter ist das Verfahren, durch das ein ohmscher Kontakt mit guten mechanischen und elektrischen Eigenschaften hergestellt wird, einfach durchzuführen und somit auch für die Großserienfertigung geeignet.
Das Verfahren wird nun an Hand eines Beispiels weiter erläutert.
Zuerst wurde Phosphorpentoxid beidseitig auf einem η-leitenden Siliciumplättchen mit einem spezifischen Widerstand von 70 Ω-cm und einer Stärke von 200 μ in Sauerstoff atmosphäre bei 1000° C niedergeschlagen. Dann wurde auf einer Seite dieses Plättchens eine Schicht von 20 μ abgeschabt. Dann wurde Bortrioxid in Monomethylenglykoläthyl auf die Oberfläche der geschabten Seite aufgebracht. Das erhaltene Plättchen wurde 24 Stunden auf 1280° C erhitzt, und es bildete sich auf diese Weise eine pn-Sperrschicht-Diode. Die auf diese Weise gebildete p- und n-Schicht wies eine Konzentration an Verunreinigung an der Oberfläche von 1018 cm~3 oder mehr auf.
Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung bedeutet
F i g. 1 einen Querschnitt, aus dem die Struktur der Diode ersichtlich ist, was für die Erläuterung einer Ausführungsform der Erfindung notwendig ist,
F i g. 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, wie sie zum Niederschlagen des Molybdäns oder Wolframs auf einem Halbleitersubstrat nach dem beschriebenen Verfahren erforderlich ist.
In F i g. 1 bedeutet 1 eine bordiffundierte Schicht und 3 eine phosphordiffundierte Schicht. 2 bedeutet ein η-leitendes Siliciumplättchen mit einem spezifischen Widerstand von 70 Ω-cm. 4 bedeutet einen Molybdänfilm und 5 einen Kupferblock.
Das auf diese Weise gebildete Siliciumscheibchen 11 wurde auf den Heizsockel 12 der in F i g. 2 dargestellten Vorrichtung gebracht und in einem RF-Ofen 13 auf 400 bis 5000C erhitzt. Eine Küvette 14 mit Molybdänpentachlorid (MoCl5) wurde mit einer Widerstandsheizvorrichtung 15 auf 100° C erhitzt, und gleichzeitig wurde Wasserstoff in einer Menge von 11 pro Minute vom Oberteil 17 in das Reaktionsrohr 16 eingeleitet, so daß sich ein Mischgas aus Molybdänpentachlorid und Wasserstoff bildete. Dieses Mischgas wurde durch eine maschenförmige, aus Kohlenstoff hergestellte Vorwärmvorrichtung 19 geleitet und mit einem RF-Ofen 18 auf eine Temperatur zwischen 600 und 9000C gehalten, so daß das Gas auf das Siliciumsubstrat 11 geblasen wurde. Auf diese Weise schlug sich ein Molybdänfilm auf dem Substrat 11 nieder (obwohl in F i g. 2 nicht dargestellt, bedeutet 4 in F i g. 1 den auf diese Weise gebildeten Molybdänfilm). Auf ähnliche Weise wurde ein Molybdänfilm auf der anderen Fläche der Scheibe niedergeschlagen.
Auf diesen Molybdänfilm 4 wurde Gold im Vakuum
aufgedampft, und mit diesem Goldfilm wurde der Kupferblock 5 unter Zwischenschaltung einer Gold-
folie (wegen ihrer äußerst geringen Stärke nicht dargestellt) durch Thermokompression bei 4000C verbunden. Dann wurde die elektrische Charakteristik gemessen. Das Ergebnis dieser Messung wurde mit dem bei einer gemäß der herkömmlichen Nickelplattierungstechnik hergestellten Diode verglichen, die jedoch mit gleicher Struktur und Packung in dem gleichen Gehäuse wie die gemäß diesem Beispiel hergestellte Diode hergestellt wurde; die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.
Diode aus
Nickel-Plattierung
(bekannt)
Mo-Niederschlag
durch Verdampfen.
(Beispiel)
Charakteristik der Diode
Vd I .Jf I Kjm
1,2 V
11,5 A/mm2
11,5 mV
1,0 V 14,3 A/mm2 | 10,2 mV
In der Tabelle bedeutet Vd den Spannungsabfall an der Diode, wenn ein Strom von 50 A in der Durchlaßrichtung durch die Diode strömt. Jf bedeutet die Stromdichte bei einem Spannungsabfall an der Diode von 1 V. Kjm bedeutet die Änderung des Spannungsabfalls an der Diode, wenn ein Impuls von 1 V und einer Dauer von 0,8 Sekunden in der Durchlaßrichtung der Diode angelegt wird, während ein Strom von 2 mA in der Durchlaßrichtung der Diode fließt.
Aus der obigen Tabelle ergibt sich, daß man bei dem Beispiel einen ohmschen Kontakt erhält, der den bisher erhaltenen Kontakten überlegen ist.
Ein Vergleich zwischen der bekannten Diode, die durch Thermokompressionsbefestigung bei 3500C eines Golddrahts mit einem Durchmesser von 25 μ auf einen Aluminiumfilm einer Stärke von 2 μ, der bei 4000C auf Silicium niedergeschlagen wurde, erhalten wurde, und der Diode, die durch Verbinden eines Golddrahts mit einem Durchmesser von 25 μ durch Thermokompression bei 4000C auf das durch Vakuumverdampfung bei 300° C auf einen Molybdänfilm gemäß der Erfindung niedergeschlagenem Gold erhalten wurde, ergab, daß bei einem 220stündigen ununterbrochenen Erhitzen auf 3000C bei der bekannten Elektrode eine Verminderung der mechanischen Festigkeit vom ursprünglichen Bereich von 8 bis 10 bis auf 2,5 bis 3,5 g eintrat, während bei der erhaltenen Diode mit Molybdänfilm die ursprüngliche mechanische Festigkeit von 8 bis 10 g beibehalten wurde.
Hieraus ergibt sich, daß bei dem Verfahren die theoretisch zu erwartende Purpurpest (purple plaque) nicht eintritt.
In einer älteren Patentanmeldung der Erfinder ist die Herstellung einer Diode beschrieben, bei der ein Molybdänfilm durch Wasserstoffreduktion von Molybdänpentachlorid auf einem Halbleitersubstrat niedergeschlagen und eine Schottky-Sperrschicht zwischen dem niedergeschlagenen Metall und dem Substrat hergestellt wird. Das bei der vorliegenden Erfindung auftretende Phänomen unterscheidet sich jedoch vollkommen von demjenigen der älteren Anmeldung. In dieser Hinsicht sei auf folgende Überlegungen hingewiesen: Falls die Konzentration an Verunreinigungen an der Oberfläche eines Halbleiters 1018 cm"3 oder mehr beträgt, wie bei der Erfindung, ist die
ίο Stärke der Schottky-Sperrschicht zwischen dem Metall und dem Halbleiter so dünn, daß die Elektronen auf Grund des Tunneleffekts hindurchgehen können, und daher wirkt diese Sperrschicht nicht mehr als Gleichrichter; daher zeigt das erfindungsgemäß hergestellte Produkt eine ausgezeichnete Charakteristik eines ohmschen Kontakts, wie sich aus der Tabelle ergibt.
Wie schon im Zusammenhang mit einer älteren
Anmeldung der gleichen Erfinder erwähnt, wurde im Rahmen der vorliegenden Untersuchungen noch eine andere Erscheinung gefunden. Man erhält einen ohmschen Kontakt von verschiedenen Zwischenphasen, die sich zwischen dem Molybdän und einem Halbleitersubstrat entwickeln, falls das Substrat auf über 5000C erhitzt wird. Es ist ebenso zu bemerken, daß die Erfindung auch von dieser Tatsache abweicht, da gemäß der vorliegenden Beschreibung ein ohmscher Kontakt bei der Temperatur von 5000C oder darunter erhalten werden kann und man einen ohmschen Kontakt erhält, der nicht auf der Anwesenheit derartiger Zwischenphasen beruht.
Es wurde gefunden, daß man das oben beschriebene ausgezeichnete Ergebnis nicht nur durch thermische Zersetzung eines Molybdänhalogenids, sondern auch durch thermische Zersetzung von Molybdäncarbonyl, Wasserstoffreduktion eines Wolframhalogenids und thermische Zersetzung von Wolframcarbonyl erzielen kann.
Die Erfindung kann man nicht nur bei einem Siliciumhalbleiter, sondern ebenso wirksam bei anderen Halbleitern, wie Germanium und Galliumarsenid, anwenden.

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Verfahren zum Herstellen eines ohmschen Kontaktes bei einem Halbleiterbauelement mit einer Elektrode, deren Material mit dem der Zuleitung keine schädliche Verbindung auf dem Halbleiterkörper bildet, dadurch gekennzeichnet, daß ein Metallfilm aus Molybdän oder Wolfram auf ein auf 5000C oder darunter erhitztes Halbleitersubstrat, das eine Konzentration an Oberflächenverunreinigung von nicht weniger als 1018 Fremdatomen · cm"3 aufweist, durch Wasserstoffreduktion eines Halogenids des jeweiligen Metalls oder durch thermische Zersetzung von Molybdän- oder Wolframcarbonyl niedergeschlagen wird.
    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
DE19671614148 1965-12-16 1967-03-29 Verfahren zum herstellen einer elektrode fuer halbleiter bauelemente Pending DE1614148B2 (de)

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